(57)【要約】【課題】高速で、低電圧駆動を可能とし、光伝播損失が少なく且つ信頼性が高く歩留まりのよい有機導波路型光変調器を提供する。【解決手段】  基板１４の上に下部クラッド層１８、研磨停止層１９、上部クラッド層１７が設けられ、上部クラッド層１７の上に信号電極１２、接地電極１３が設けられている。チャネル導波路のコア部（コア層）１６にＤＡＳＴを用いており、コア部１６の断面は、コア上部幅に対してコア下部幅が小さいテーパー形状となっている。【選択図】    図２
2007025371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、
前記コア部の断面が、コア上部幅に対してコア下部幅が小さいテーパー形状となることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項２】
光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、
前記コア部の断面が、リブ導波路であることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項３】
請求項２に記載の有機導波路型光変調器において、
前記リブの突起部の側面がテーパー形状であることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項４】
光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、
前記コア部の断面のコア上部の両端がテーパー形状となることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項５】
光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、
前記コア部の断面のコア上部の両端がラウンド形状となることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちの何れかに記載の有機導波路型光変調器において、
前記電気光学効果を持つ有機材料は、４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）であることを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項７】
請求項６に記載の有機導波路型光変調器において、
前記有機材料を干渉型の分岐光導波路に選択的に配置したことを特徴とする有機導波路型光変調器。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちの何れかに記載の有機導波路型光変調器を光出力部の構成要素とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路型光変調器に関し、詳細には、有機材料による電気光学効果を応用し、特に低電圧で駆動する有機導波路型光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットに代表される情報化社会の急速な進展によって、より多くの情報をやり取りするために、大容量高速の光通信の要求は高まる一方である。そのため、幹線系のネットワークばかりでなく、ＬＡＮ、ネットワーク端末や電子機器間、ボード間、ＬＳＩチップ間にも光を用いた情報伝達が提案されている。
この光インタコネクションにおいて、データ信号を電気信号から光信号に変調するためのデバイスとして、電気光学効果を用いた導波路型光変調器がある。電気光学効果は、光学媒体に電界を印加した場合、この媒体の屈折率が変化する現象であり、電界に比例する屈折率変化であるポッケルス効果と電界の２乗に比例するカー効果とがある。
【０００３】
従来の基幹系に用いられている変調器の例としては、無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）を用いたマッハツェンダ型の光強度変調器がある。光導波路部分は、適当な方位で切り出されたＬＮ結晶に、Ｔｉイオンなどを拡散させることで、屈折率の大きな領域をコア層とし、Ｔｉの拡散のないＬＮ結晶やシリコン酸化膜のバッファ層をクラッド層としている。
また、外部からの電場は、ＡｕやＣｕなどの金属からなる進行波電極で、平面ストリップラインの変調用電極に印加される。入射光は、入り口側のＹ分岐で２つのポートに分岐され、ポートを伝搬する光は、電極に印加されたマイクロ波と相互作用して位相変化を起こす。この位相変化を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐で重ね合わされ、合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こし、電気信号に対応した光信号に変換される。
【０００４】
しかし、機器間やボード間、ＬＳＩチップ間を結ぶ光インタコネクションにおいては、そこに搭載されているＬＳＩチップの電源電圧は、低電圧化の一途をたどっており、搭載されているＬＳＩにノイズを与えないことや低消費電力のために、光変調器にも低電圧駆動が求められている。さらに、当然のことながら、ＬＤの直接駆動ではできないような、４０ＧＨｚ、８０ＧＨｚと高速化の要求があり、従来のＬＮを用いた光変調器では、誘電率ε＝２８と大きいために、より高速の電気信号を印加できるような進行波形の電極にした場合でも、印加されたマイクロ波の屈折率と光の屈折率（ｎｏ＝２．２８６，ｎｅ＝２．２００）にずれがあることから、材料面での高速化に限界がある。
また、駆動電圧は、電気光学定数と電極構造によって規定され、低電圧駆動のためには、ＬＮの電気光学定数ｒ３３＝３０．８（波長６３３ｎｍ）の、より電気光学定数の大きな材料が求められている。さらに、基幹系で用いられているように、ＬＮの光変調器は、ディスクリートデバイスであり、より集積化に適したデバイスも求められている。
【０００５】
そこで、有機結晶や有機高分子材料は、誘電率が無機材料に比べて小さく、薄膜化が可能で、大きな電気光学定数を持つため、低電圧で高速な光変調器として期待されている。また、有機材料であるため、低温プロセスが可能で、光導波路やＳｉデバイスとの集積化も可能である。
有機高分子材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やアモルファスポリカーボネート（ＡＰＣ）などの高分子中に電気光学効果を持つ二次非線形光学材料を溶解したもの、または、二次非線形光学材料を直接またはスペーサー原子団を介して、高分子鎖に結合したものがあり、これら電気光学効果を持つ有機高分子材料をコア層に用いた光変調器が知られている。
その一例として、ＰＭＭＡにアゾ色素をドープしたもの（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ｂ４（１９８７）９６８）がある。
【０００６】
これらの有機高分子材料をガラス転移点以上の温度に加熱し、コロナ帯電などのポーリング処理によって配向を固定化し、電気光学効果を発現させるが、有機高分子材料のガラス転移点は低く、分極が温度や経時変化によって緩和してしまうため、光変調器としての信頼性が劣るという問題がある。
そのため、ＰＭＭＡに対してよりガラス転移点が高いＡＰＣによる耐熱性改善などが検討されているが（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８（２００１）３１３６）、十分ではなく、依然として耐熱性、経時変化が課題となっている。
一方、有機結晶に関して、図１０に構造式を示す４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）が、東北大学中西研究室において開発され、極めて大きな非線形光学定数ｄ１１＝１０１０ｐｍ／Ｖ（λ＝１．３μｍ）と電気光学定数ｒ１１＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ）を有し、有機結晶特有の低い誘電率（ε１＝５．２）であるために、低電圧、高速の光変調や検波、ミリ波（または、サブミリ波）発生など関心を集めている。
【０００７】
有機結晶であるため、有機高分子のように分極処理を必要とせず、分極緩和のような経時変化はなく安定である。実際に改良シェア法によってＤＡＳＴ結晶の薄膜を形成し、光変調の原理確認を行った報告（Ｍ．Ｔｈａｋｕｒ他、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５）があるが、面型の光変調器であり、作用長が短いため、変調深さが小さいなどの課題がある。
そこで本出願人は、特開２００３−２０２５３３号において、ＤＡＳＴを用いた導波路型光変調器を提案している。この発明においては、下層クラッド部にコア溝を形成し、そこに、電気光学効果を示す有機結晶ＤＡＳＴを埋め込み、ＤＡＳＴの特性を劣化しない溶媒を用いて、化学的機械研磨し、溝部以外のＤＡＳＴを除去、コア部分にＤＡＳＴを形成することによって、導波路型光変調器を実現している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２０２５３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１０９４５７号公報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ｂ４（１９８７）９６８
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８（２００１）３１３６
【非特許文献３】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、このように導波路コア溝を形成した後にコア溝に電気光学効果を持つ有機材料を埋め込み、研磨によって余分な有機材料を除去してコアを形成するダマシンプロセスにおいては、コア溝に有機材料を埋め込むプロセスが重要な技術のひとつである。
コア溝に有機材料の埋め込みが不十分な場合、後工程プロセスの不具合の原因となり、製造歩留まりの低下や、コア部での光伝播損失や信頼性低下などの問題が発生する。
例えば、有機材料として、ＤＡＳＴ結晶を用いる場合、溶液からの結晶成長においては、ひどい場合には埋め込み不十分な領域にＤＡＳＴ溶液が取り残された場合には後工程のベークでデバイスの破壊が生じたり、また溶液が抜け大気に置換された場合でもコア部のＤＡＳＴが湿度の影響で特性が低下したりする。
また、ポリマーの場合も、塗布法などで樹脂を埋め込みベークして形成する場合も、デバイスの破壊や溶剤蒸気の残留による特性低下が発生する。
【００１０】
本発明は、高速で、低電圧駆動を可能とし、光伝播損失が少なく且つ信頼性が高く歩留まりのよい有機導波路型光変調器の提供を、その目的とする。
また、本発明は、低電圧駆動が可能で、データ伝送容量が大きい光通信システムの提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、前記コア部の断面が、コア上部幅に対してコア下部幅が小さいテーパー形状となることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、前記コア部の断面が、リブ導波路であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の有機導波路型光変調器において、前記リブの突起部の側面がテーパー形状であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、前記コア部の断面のコア上部の両端がテーパー形状となることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、光の入射、出射が可能で、外部から制御された電場によって屈折率が変化し、光の位相を変化させる電気光学効果の媒体としての有機材料をコア層に持つ光導波路と、光の位相を変化させるための電極とを有し、複数の光導波路上を伝播する光を干渉させる干渉型の有機導波路型光変調器において、前記コア部の断面のコア上部の両端がラウンド形状となることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のうちの何れかに記載の有機導波路型光変調器において、前記電気光学効果を持つ有機材料は、４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の有機導波路型光変調器において、前記有機材料を干渉型の分岐光導波路に選択的に配置したことを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、光通信システムにおいて、請求項１乃至７のうちの何れかに記載の有機導波路型光変調器を光出力部の構成要素とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、２、３、４又は５に記載の発明によれば、コア溝に有機材料の埋め込み不良が発生せず、高速で、低電圧駆動を可能とし、光伝播損失が少なく信頼性が高く歩留まりのよい光変調器を提供することができる。
請求項６に記載の発明によれば、信頼性と歩留まりを維持したまま、より高速で低電圧駆動を可能とし、耐熱性の高い光変調器を提供することができる。
請求項７に記載の発明によれば、より高速で低電圧駆動を可能とし、耐熱性が高く信頼性と歩留まりを維持したまま、光損失の少ない光変調器を提供することができる。
請求項８に記載の発明によれば、低電圧駆動が可能で、データ伝送容量が大きい光通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における有機導波路型光変調器１０を示している。ここでは、干渉型の光変調器の例として、マッハツェンダ型を示し、受動部である光導波路１１はポリマーで形成され、外部の電界により屈折率変化を伴う能動部である両分岐光導波路１１ａ、１１ｂにＤＡＳＴを選択的に配置している。
半導体レーザからのＣＷ光が入射側の光導波路から入り、Ｙ分岐で２つの分岐光導波路１１ａ、１１ｂに分けられ、そこを通過する際に、信号電極１２に印加された高周波変調信号電圧により、分岐導波路１１ａ、１１ｂに選択的に配置された電気光学効果媒体である有機結晶ＤＡＳＴによって、位相差が生じる。
ここで、信号電極１２には、光学バイアスに相当したＤＣ電圧が重畳されている。これら位相変化を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐で重ね合わされ、合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こし、電気信号に対応した光信号に変換される。
【００２１】
ＤＡＳＴのバルク結晶は、ａ，ｂ軸方向に大きく、ｃ軸方向に小さい菱形平板状の結晶形をとる。また、非特許文献３に記載されているように、ＤＡＳＴ薄膜結晶の場合も、膜面内にａ，ｂ軸があり、ｃ軸は、膜に垂直方向となる。
このような幾何学的な構造を持つＤＡＳＴは、基板に平行面内にａ，ｂ軸を形成しやすい。一方、ＤＡＳＴのもっとも大きな電気光学定数ｒ１１を使うため、光はｂ軸伝播させ、ａ軸方向に電界が印加され、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように入射するのがよい。このため、信号電極１２と接地電極１３によって形成される電界も、基板１４と平行になるように、信号電極１２と接地電極１３で挟む形（図１）のような配置とするのがよい。
【００２２】
分岐光導波路中央に信号電極１２を配置し、分岐光導波路１１ａ、１１ｂの外側に接地電極１３を配置することで、各々ＤＡＳＴに逆向きの電界を印加することができ、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができるため、より低電圧での駆動を可能にしている。
また、信号電極１１には５０Ωの終端抵抗１５を付与した進行波型電極とし、高速な光変調に対応できる電極構造としている。
ＤＡＳＴの誘電率はε１＝５．２と小さく、また、電極周囲のクラッド層を形成する材料も、誘電率が小さいポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの樹脂からなるものやＳｉＯ２など誘電率の小さな無機膜を用いることで、マイクロ波と光波の速度不整合により帯域制限を受ることなく、電界閉じ込めの大きな進行波型電極を形成できる。
【００２３】
また、ＤＡＳＴは、波長７５０ｎｍ〜１６００ｎｍ間での吸収係数は０．５ｃｍ−１程度あり、単に光を分波、合波する部分にもＤＡＳＴを使うのは伝送損失が大きくなり、好ましくない。そこで、「干渉型の分岐光導波路に選択的に配置する」とは、電気光学効果による屈折率変化に必要な部分のみをＤＡＳＴで形成し、その他の部分はより光損失の少ない光導波路で光変調器を形成することを意味し、それによって低損失な光変調器を提供する。
この低損失な光導波路として、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの樹脂からなるものやＳｉＯ２やＳｉ、ＳｉＮなどの無機膜を用いた光導波路、更には周期的な微細構造を形成したフォトニック結晶を用いた光導波路でもよい。また、ＬＮのように、光導波路全てが電界効果を持つ場合、電極の配置によっては予期しない部分でも、光導波路に電界が印加され位相変化を生じてしまうのに対して、ＤＡＳＴを特定部分にのみ配置することによって、位相変化の制御が容易となる。
【００２４】
図２に、図１のＡ−Ａ’線における断面図を模式的に示す。ここでは、チャネル導波路のコア部（コア層）１６にＤＡＳＴを用いており、その側壁部（側面）１６ａがテーパー形状となっている。信号電極１２及び接地電極１３は上部クラッド層１７上に形成しているが、上部クラッド層１７に電極溝を形成し、メッキや蒸着によってＡｕなどの金属を成膜、ダマシン法により不要部分を除去して、電極を形成することで、より電界強度が高くなる構造としてもよい。
図２において、符号１８は下部クラッド層を、１９は研磨停止層を示している。
【００２５】
本実施形態における、ダマシン法による光変調器の形成方法を図３に基づいて説明する。
基板１４としては、ＳｉＯ２やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料またはポリイミドなどの有機材料、及びプリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることができる。
この基板１４上に、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの有機材料を用い、スピンコートとベークにより下部クラッド層１８を形成する。必要があれば、この下部クラッド層１８上にコア層（コア部１６）に対して研磨速度が遅い研磨停止層１９を形成する（図３（ａ））。
研磨停止層１９としては、有機膜に対して研磨速度の選択比が取れるシリコン酸化膜ＳｉＯ２、シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン酸窒化膜ＳｉＯＮの無機膜が有効である。
【００２６】
次いでこの下部クラッド層１８にコア溝パターンを形成する（図３（ｂ））。パターニングの方法としては、フォトリソとエッチングによる半導体微細加工を用いることによって、研磨停止層１９及び下部クラッド層１８にコア溝を形成することができる。
この溝に、下部クラッド層１８より高屈折率で、電気光学効果を持つ媒体を埋め込む（図３（ｃ））。ここで、図３（ｂ）に示すように、コア溝パターンの幅がコア上部に対してコア底部が小さくなるようなテーパー形状に形成することで、電気光学効果を持つ有機材料の埋め込み特性が向上する。
次いで、シリカやアルミナを研磨剤に持つ研磨液を用いて、化学的機械研磨を行い、コア溝以外のコア材を除去し、コアを形成する（図３（ｄ））。このとき、コア材に対して研磨速度が十分遅い研磨停止層１９を形成することによって、研磨終点では、コア以外の下部クラッド層１８上には研磨停止層１９があるため、下部クラッド層１８が余分に研磨されることはなく、研磨によるコア深さのばらつきはなくなり、設計値通りにコア深さを形成できる。
【００２７】
次いで、上部クラッド層１７を形成（図３（ｅ））し、信号電極１２及び接地電極１３をメッキ法などで形成する（図３（ｆ））。
電気光学効果の媒体としてＤＡＳＴを用いる場合は、波長７５０ｎｍ〜１６００ｎｍ間での吸収係数は０．５ｃｍ−１程度あり、屈折率変化に必要な部分のみをＤＡＳＴで形成し、その他の部分はより光損失の少ない光導波路で光変調器を形成することが好ましい。その場合は、特に図示しないが、図３（ｂ）と図３（ｃ）の間に、光導波路用のコアを形成するプロセスを行えばよい。この低損失な光導波路として、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの樹脂からなるものやＳｉＯ２やＳｉ、ＳｉＮなどの無機膜を用いた光導波路、更には周期的な微細構造を形成したフォトニック結晶を用いた光導波路でもよい。
ここでは、チャネル導波路のコア部がテーパー形状のものについて説明したが、後述する他の実施形態における、コア部断面のコア上部の両端がテーパー形状となっているもの、またはラウンド形状のものでも同様である。さらに、リブ導波路コア及びリブ導波路凸部がテーパーになった形状でも同様である。
また、コア溝形成方法としては、半導体プロセスにおいてよく用いられるフォトリソグラフィーとエッチングによる工程を用いたが、クラッド層が樹脂などの場合、導波路形状を型としてインプリンティングによってもコア溝を形成することができる。
【００２８】
図１１は、従来例を示しており、チャネル導波路のコア部２０にＤＡＳＴを用い、その側壁部２０ａは垂直形状となっている。このような形状では、コア溝への樹脂及び結晶埋め込みに不具合が発生する場合がある。
図４に、導波路コア部の断面模式図を示す。ここで、導波路コア底部と側壁のなす角をθとして、図４（ｂ）には従来の垂直形状であるθ＝９０°のコア部２０の断面を、図４（ａ）には本実施形態で規定するテーパー形状であるθ＞９０°のコア部１６の断面を、図４（ｃ）にはコア材埋め込みに対して問題が発生しやすい、本実施形態で規定する形状とは逆テーパー形状となるθ＜９０°のコア部２１の断面をそれぞれ示している。
図４（ａ）において、コア部１６の断面は、コア上部幅に対してコア下部幅が小さいテーパー形状となっている。
本実施形態において規定するテーパー角度（図４（ａ）における角度θ１）としては、６０〜８９°であることが望ましい。
このようなテーパー形状のコア溝は、フォトリソグラフィーとエッチングによって形成する場合には、レジストの解像度や現像後の熱処理によって、レジストパターンをテーパー形状に形成することやエッチング条件でテーパー形状を形成することができる。また、インプリンティングの場合は、型をテーパー形状に作製すればよい。
【００２９】
図５に第２の実施形態を示す。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
本実施形態では、コア部２２の断面のコア上部の両端、すなわち、側壁部２２ａの上端部２２ａ―１が、テーパー形状となっていることを特徴としている。
テーパー形状の形成の方法としては、コア溝形成後、下部クラッド層１８を公知技術であるＡｒのスパッタエッチングを用い、スパッタ効率の角度依存から９０°となるエッジ部を図のように４５°のテーパー形状とすることができる。
図６に第３の実施形態を示す。本実施形態では、コア部２２の断面のコア上部の両端、すなわち、側壁部２２ａの上端部２２ａ―１が、ラウンド形状（湾曲形状あるいはＲ形状）となっていることを特徴としている。
ラウンド形状については、同様にコア溝形成後、下部クラッド層１８をウェットのエッチャントを用いて、ライトエッチすることで、９０°となるエッジ部をラウンド形状とすることができる。
このようなテーパー形状やラウンド形状にすることで、エッジが特異点となって結晶の成長の妨げやスピンコートなどによる樹脂供給の妨げを抑制することができ、樹脂や結晶によるチャネル型コア溝の埋め込みが容易になる。このようなテーパー形状またはラウンド形状はコア深さに対して１／５０〜１／５程度であることが望ましい。
【００３０】
図７に第４の実施形態を示す。
本実施形態では、導波路として断面Ｔ字状のリブ導波路（リブ型導波路）を採用しており、リブ導波路のコア部２３にＤＡＳＴを用いている。リブ導波路のコア溝作製については、はじめに上部に相当する幅広のコア溝を公知技術であるリソグラフィーとエッチングによって形成し、その後リブ突起部のコア溝を再度リソグラフィーとエッチングによって形成することができる。
また、下部クラッド層１８を樹脂とした場合には、リブ導波路を型としたインプリンティングによってもコア溝を形成することができる。このようなリブ型コア溝の場合、チャネル導波路（第１〜第３の実施形態）に比べ、２段階の埋め込みとなり、リブの幅の広い部分が呼び溝となり、樹脂や結晶の埋め込みがチャネル型導波路のコア溝に比べて容易になる。
【００３１】
図８に、リブ導波路コア部の断面模式図を示す。ここで、リブ導波路コア底部と側壁のなす角をθとして、図８（ｂ）には垂直形状であるθ＝９０°のコア部２４の断面を、図８（ａ）には第４の実施形態で規定するテーパー形状であるθ＞９０°のコア部２３の断面を、図８（ｃ）にはコア材埋め込みに対して問題が発生しやすい、逆テーパー形状となるθ＜９０°のコア部２５の断面をそれぞれ示している。
チャネル型導波路の側壁のテーパー形状と同じく、リブ型導波路のコア部２３の突起部２３ａの側壁（側面）２３ａ―１も図８（ａ）に示すようなテーパー形状にすることで樹脂や結晶の埋め込みがより容易になる。リブ型に対しては垂直形状もしくはテーパー角度（図８（ａ）におけるθ２）として、６０〜８９°であることが望ましい。このようなテーパー形状は先ほどのチャネル導波路のコア溝同様、レジストの解像度や現像後の熱処理によって、レジストパターンをテーパー形状に形成することやエッチング条件でテーパー形状を形成する。また、インプリンティングの場合は、型をテーパー形状に作製すればよい。
【００３２】
（実施例１）
図１及び図２に示した構成において、基板として、Ｓｉ基板を用い、その基板上に、光導波路のクラッド層として働くポリイミド樹脂をスピンコートする。さらに、マッハツェンダの導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。
次いで、コアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路を形成する。
更にリソグラフィーとエッチングを用いて、ＤＡＳＴを選択的に形成する分岐光導波路の選択部分だけ、コアとなるポリイミドを除去し、等しい長さのコア溝を再度形成する。このときレジストとして、垂直形状のコア溝形成にはＳＵ−８、テーパー形状のコア溝形成には、ＯＦＰＲ８００を用い、現像後のベーク無し及びベーク処理によって、テーパー角度９０°、８５°、８０°、７０°とし、コア溝に転写した。
【００３３】
ここに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させた。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、及び基板に垂直方向がｃ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成された。このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在する。そこで、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行う。研磨は、発泡ウレタンパッドＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（ロデール製）を用いて、シリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残すことができる。分岐光導波路に選択配置したＤＡＳＴの長さは１５ｍｍ、厚さ６μｍとした。ここでは、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴ層を形成したが、非特許文献３に記載されているような改良シェア法によってＤＡＳＴ薄膜を形成してもよい。
【００３４】
この上層に下層のクラッド層と同じポリイミドをスピンコートして形成した。２μｍ厚さの上部クラッド層とした。次いで、メッキ法により、Ａｕ電極を厚さ８μｍ形成し、バイアス電極及び接地電極、信号電極を形成した。信号電極及び接地電極には、終端に５０Ωの終端抵抗を取り付け、進行波型の信号電極とした。このようにして、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器を作製した。
コア溝の角度９０°については、一部に埋め込み不良が見られたが、それ以外のテーパー形状としたものには埋め込み不良は見られなかった。また、波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、変調電圧として１．２Ｖと低い駆動電圧で、光変調器を駆動でき、進行波型電極を用いているため４０ＧＨｚと高速の光強度変調を提供できる。
【００３５】
（実施例２）
図７に示した構成において、実施例１と同様、基板として、Ｓｉ基板を用い、その基板上に、光導波路のクラッド層として働くポリイミド樹脂をスピンコートする。さらに、マッハツェンダの導波路パターンマスクをもちいて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。
次いでコアとなる屈折率の大きなポリイミド樹脂を溝部に形成し、低損失な光導波路を形成する。更にリソグラフィーとエッチングを用いて、ＤＡＳＴを選択的に形成する分岐光導波路の選択部分だけ、コアとなるポリイミドを除去する。
まず、リブ導波路の幅広パターンを幅１２μｍ深さ２μｍの溝を形成し、再度リブ凸部となる幅３μｍ深さ３μｍのパターンを形成する。この凸部は、レジスト形状により垂直（９０°）とテーパー角度８５°のものを形成した。
【００３６】
ここに、ＤＡＳＴ結晶方位が導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、及び基板に垂直方向がｃ軸となるように、リブ導波路溝を埋め込み、不要なＤＡＳＴを研磨にて除去した。分岐光導波路に選択配置したＤＡＳＴの長さは１５ｍｍ。
ここでは、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴ層を形成したが、非特許文献３に記載されているような改良シェア法によってＤＡＳＴ薄膜を形成してもよい。
この上層に下層のクラッド層と同じポリイミドをスピンコートして形成した。２μｍ厚さの上部クラッド層とした。
このようなリブ型コア溝の場合、チャネル導波路に比べ、２段階の埋め込みとなり、リブの幅の広い部分が呼び溝となり、樹脂や結晶の埋め込みがチャネル型導波路コア溝に比べて容易となり、埋め込み不良は見られなかった。また、波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、低い駆動電圧で、光変調器を駆動でき、進行波型電極を用いているため４０ＧＨｚと高速の光強度変調を提供できる。
【００３７】
（実施例３）
ここでは、実施例１に対して、テーパー形状ではなく、上部の一部をテーパーまたはラウンド形状とした点が異なっている。
基板として、石英基板を用い、下部クラッド層を兼ねる。マッハツェンダの導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーとＣＨＦ３／ＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、コア溝を形成した。
次いで、Ａｒガスを用いた逆スパッタにて深さ０．２μｍに亘ってコア溝の角を選択的に除去し、４５°のテーパーとしたもの、及び、バッファーフッ酸によってライトエッチしコア溝角をラウンド形状にしたものを各々作製した。
ここに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させた。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、及び基板に垂直方向がｃ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成された。このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在する。
そこで、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行う。研磨は、発泡ウレタンパッドＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（ロデール製）を用いて、シリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残すことができる。分岐光導波路に選択配置したＤＡＳＴの長さは１５ｍｍ、厚さ６μｍとした。ここでは、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴ層を形成したが、非特許文献３に記載されているような改良シェア法によってＤＡＳＴ薄膜を形成してもよい。
【００３８】
この上層にポリイミドをスピンコートして、２μｍ厚さの上部クラッド層とした。次いで、メッキ法により、Ａｕ電極を厚さ８μｍ形成し、バイアス電極及び接地電極、信号電極を形成した。信号電極及び接地電極には、終端に５０Ωの終端抵抗を取り付け、進行波型の信号電極とした。
このようにして、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器を作製した。Ａｒスパッタしたコア溝両端上部をテーパー形状にしたもの、またラウンド形状にしたもので、埋め込み不良は見られなかった。
また、波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、低い駆動電圧で、光変調器を駆動でき、進行波型電極を用いているため４０ＧＨｚと高速の光強度変調を提供できる。
【００３９】
図９に基づいて第５の実施形態を説明する。
上述した有機導波路型光変調器を用いた光通信システムの一例である。この例は、ガラスエポキシでできたボード上に、複数のＩＣ間の光インターコネクションを実現したものである。
光インターコネクションは、高速の信号線に用いており、低速の信号線は図示していないが従来通り電気配線を用いている。
光通信システム３０は、ＩＣからの電気信号を光信号に変換して出力するための光出力部３１、その光信号を伝送するための光伝送路３２及び伝送された光信号を電気信号に変換するための光入力部３３からなる。
ここで、光出力部３１は、半導体レーザからなる光源３４、その光源３４から有機導波路型光変調器１０へＣＷ光を導く光導波路３５、ＩＣからの電気信号をシリアル処理する電気回路と有機導波路型光変調器１０を駆動するためのドライバからなる電気信号処理部３６、電気信号処理部３６からの電気信号を光信号に変換する有機導波路型光変調器１０及びそれらの間の電気信号を伝える電気配線３９とからなっている。有機導波路型光変調器１０は、実施例１に示したものと同じ有機導波路型光変調器を用いている。
【００４０】
一方、光入力部３３は、伝送された信号を受光するための受光素子３７と、必要に応じて受光素子３７からの信号を増幅するためのアンプ及び受光素子３７で受けた信号を再度もとのビットに変換するための電気回路からなる電気信号処理部３８及びそれらの間の電気信号を伝える電気配線３９からなっている。
光伝送路として、シングルモードの光ファイバを用いた。ここでは、光伝送路として、シングルモードの石英光ファイバを用いたが、比較的低速での短距離の伝送など、用途に応じて、マルチモードの光ファイバやＰＯＦ、また、ボード内光通信においては、石英や樹脂からなる光導波路を適宜用いることができる。
なお本実施形態では、各々のボード４０、４１上に光出力、光入力の二つを備えて、双方向の光伝送を可能にした、好ましい光通信システム例ではあるが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
【００４１】
少なくとも有機導波路型光変調器１０を用いた光出力部を持っており、１対の光出力部と光入力部しかない一方向の伝送しか行わない光通信システムでもかまわない。また、この例では、異なるボード間の光通信システムを示しているが、ＩＣが同一ボード内にあるような場合でもよい。
また、ここでは、有機導波路型光変調器は１つしか形成していないが、必要に応じて複数個をアレイ化しより広帯域な通信を可能にしてもよい。
光出力部３１に、電気光学定数がきわめて大きく、且つ誘電率が小さく、有機結晶であるために熱的に安定な４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）を電気光学効果の媒体として用いているため高速で低電圧駆動、且つ信頼性が高く、変調信号を印加する信号電極と、印加する信号成分をバイアスするバイアス電極を分離し、バイアス電極と接地電極とで形成される電界は、干渉する２つの分岐導波路に配置されたＤＡＳＴ結晶の結晶軸に対して反対方向に印加することによって、低バイアス電圧で光学バイアスを設定できる有機導波路型光変調器を用いることによって、低電圧駆動が可能で、データ伝送容量が大きい光通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態における有機導波路型光変調器の概要平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】有機導波路型光変調器の製造工程を示す図である。
【図４】コア部の断面形状を示す図で、（ａ）は第１の実施形態における図、（ｂ）、（ｃ）は従来又は比較例としての図である。
【図５】第２の実施形態におけるコア部の断面形状を示す図である。
【図６】第３の実施形態におけるコア部の断面形状を示す図である。
【図７】第４の実施形態における図２相当の断面図である。
【図８】リブ型導波路のコア部の断面形状を示す図で、（ａ）は第４の実施形態における図、（ｂ）、（ｃ）は従来又は比較例としての図である。
【図９】第５の実施形態における光通信システムのブロック図である。
【図１０】ＤＡＳＴの構造式を示す図である。
【図１１】従来における有機導波路型光変調器の図２相当の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  光導波路
１１ａ、１１ｂ  分岐光導波路
１２  電極としての信号電極
１３  電極としての接地電極
１６  コア部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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